# 中小学数学卷子自动生成程序

## 项目简介

这是一个基于Java开发的智能数学试卷自动生成系统，专为中小学数学教师设计。系统能够根据不同学段（小学、初中、高中）自动生成符合教学大纲要求的数学题目，支持用户管理、题目查重、类型切换等功能。

## 功能特点

### 🔐 用户认证系统
- **多用户支持**：预设小学、初中、高中各三个测试账户
- **安全验证**：用户名密码双重验证机制
- **权限管理**：不同学段用户只能生成对应难度的题目

### 📝 智能题目生成
- **小学题目**：加减乘除四则运算，支持括号优先级
- **初中题目**：包含平方、开根号等进阶运算
- **高中题目**：支持三角函数等高等数学运算
- **难度控制**：操作数范围1-100，操作符数量1-5个
- **随机性保证**：基于Java Random类的真随机数生成

### 🔍 智能查重系统
- **历史查重**：自动检查用户历史生成的题目
- **实时去重**：避免在同一份试卷中出现重复题目
- **文件级查重**：基于用户文件夹下的所有历史文件

### 🔄 灵活类型切换
- **动态切换**：登录状态下可随时切换出题类型
- **命令格式**：输入"切换为 XX"（XX为小学、初中、高中）
- **即时生效**：切换后立即应用新的题目生成规则

### 💾 智能文件管理
- **用户隔离**：按用户名创建独立的文件夹
- **时间戳命名**：文件名格式：年-月-日-时-分-秒.txt
- **规范格式**：题目有序号，每题之间空一行，便于阅读

## 预设账户

| 学段 | 用户名 | 密码 | 权限说明 |
|------|--------|------|----------|
| 小学 | 张三1  | 123  | 生成小学难度题目 |
| 小学 | 张三2  | 123  | 生成小学难度题目 |
| 小学 | 张三3  | 123  | 生成小学难度题目 |
| 初中 | 李四1  | 123  | 生成初中难度题目 |
| 初中 | 李四2  | 123  | 生成初中难度题目 |
| 初中 | 李四3  | 123  | 生成初中难度题目 |
| 高中 | 王五1  | 123  | 生成高中难度题目 |
| 高中 | 王五2  | 123  | 生成高中难度题目 |
| 高中 | 王五3  | 123  | 生成高中难度题目 |

## 技术架构

### 项目结构
```
src/
├── App.java                 # 主程序入口，控制程序流程
├── User.java               # 用户实体类，管理用户信息和认证
├── QuestionGenerator.java   # 题目生成器抽象类，定义公共接口
├── PrimarySchoolGenerator.java  # 小学题目生成器实现
├── MiddleSchoolGenerator.java   # 初中题目生成器实现
├── HighSchoolGenerator.java     # 高中题目生成器实现
└── FileManager.java         # 文件操作工具类
```

### 核心类说明

- **App类**：程序主控制器，负责用户交互和流程调度
- **User类**：用户数据模型，包含用户名、密码和权限信息
- **QuestionGenerator**：抽象工厂模式，定义题目生成规范
- **各学段生成器**：策略模式实现，不同难度采用不同生成策略
- **FileManager**：单例模式，统一管理文件读写操作

## 快速开始

### 环境要求

#### 系统平台要求
- **操作系统**：Windows 10/11、macOS 10.14+、Linux Ubuntu 18.04+ 或其他支持Java的命令行操作系统
- **Java版本**：Java 17 或更高版本（推荐Java 21或Java 23）
- **磁盘空间**：至少100MB可用磁盘空间
- **内存要求**：至少512MB可用内存

#### 环境配置
1. **Java环境检查**：
   ```bash
   java -version
   javac -version
   ```
   确保两个命令都能正确显示版本信息

2. **字符编码设置**（重要）：
   - 在Windows PowerShell中运行前，必须先设置UTF-8编码：
   ```powershell
   [Console]::InputEncoding = [Console]::OutputEncoding = [System.Text.Encoding]::UTF8
   ```
   - 在CMD中，使用`chcp 65001`设置UTF-8编码
   - Linux/macOS系统通常默认支持UTF-8

3. **路径配置**：
   - 确保Java的bin目录已添加到系统PATH环境变量中
   - 项目路径中不要包含中文或特殊字符

#### 运行参数
- **默认参数**：程序运行无需额外参数
- **内存设置**（可选）：如需处理大量题目，可设置JVM内存：
  ```bash
  java -Xmx512m -cp bin App
  ```
- **编码强制设置**（如遇到乱码）：
  ```bash
  java -Dfile.encoding=UTF-8 -cp bin App
  ```

### 编译项目

#### 终端运行前准备
**重要**：在运行程序前，请先在终端中执行以下命令设置UTF-8编码：

```powershell
# Windows PowerShell（必须执行）
[Console]::InputEncoding = [Console]::OutputEncoding = [System.Text.Encoding]::UTF8
```

```bash
# 进入项目目录
cd 1

# 编译所有Java源文件
javac -d bin src/*.java

# Windows系统也可使用：
javac -d bin src\*.java
```

### 运行程序

```bash
# 运行主程序（确保已执行上述编码设置）
java -cp bin App

# 或者指定类路径
java -classpath bin App

# 完整命令示例（包含编码设置和运行）：
[Console]::InputEncoding = [Console]::OutputEncoding = [System.Text.Encoding]::UTF8
cd 1
java -cp bin App
```

## 使用指南

### 基本操作流程

1. **启动程序**：运行`java -cp bin App`命令
2. **用户登录**：输入用户名和密码（用空格分隔）
   ```
   请输入用户名和密码（用空格隔开）：张三1 123
   ```
3. **查看权限**：登录成功后显示当前出题类型
   ```
   登录成功！当前出题类型：小学
   ```
4. **生成题目**：输入要生成的题目数量（10-30）
   ```
   请输入题目数量（10-30）：15
   ```
5. **切换类型**：或输入"切换为 XX"来改变出题类型
   ```
   请输入题目数量或切换类型：切换为初中
   ```
6. **退出登录**：输入"-1"退出当前用户

### 文件输出示例

生成的试卷文件示例：
```
1. (3 + 5) × 2 - 4 ÷ 2 =

2. 7 × (9 - 3) + 6 ÷ 2 =

3. 12 + 8 ÷ 4 × 3 - 5 =
...
```

## 开发规范

### 代码质量
- **面向对象设计**：采用清晰的类结构和职责分离
- **方法简洁性**：单个方法代码行数控制在40行以内
- **命名规范**：遵循Java驼峰命名法，见名知意
- **注释完整**：关键方法和复杂逻辑有详细注释

### 错误处理
- **输入验证**：对用户输入进行严格的格式和范围检查
- **异常捕获**：使用try-catch处理可能的运行时异常
- **友好提示**：提供清晰易懂的错误信息

## 扩展建议

### 功能扩展
1. **题目难度分级**：在每个学段内设置不同难度级别
2. **题目类型扩展**：增加几何、代数等更多题目类型
3. **批量生成**：支持一次性生成多套试卷
4. **模板定制**：允许教师自定义试卷模板格式

### 技术优化
1. **数据库支持**：使用数据库存储用户和题目数据
2. **Web界面**：开发Web版界面，提升用户体验
3. **算法优化**：改进题目生成算法，提高题目质量
4. **国际化**：支持多语言界面

## 注意事项

### 系统要求
- 确保Java环境正确安装并配置PATH
- 程序运行目录需要有写权限
- 建议在SSD硬盘上运行以获得更好的文件读写性能

### 数据安全
- 用户密码以明文存储，生产环境建议加密
- 定期备份papers文件夹中的重要数据
- 避免在公共计算机上保存敏感的用户数据

### 性能考虑
- 题目数量较多时，生成时间会相应增加
- 历史文件较多时，查重操作可能影响性能
- 建议定期清理不再需要的历史试卷文件

## 技术支持

如遇到问题，请检查：
1. Java环境是否安装正确
2. 文件路径权限是否足够
3. 输入格式是否符合要求
4. 磁盘空间是否充足

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*最后更新：2025年9月28日*